Saturs
- Pirmā litija problēma: nepastāvība
- Otra litija problēma: retums
- Nātrija jonu bateriju potenciāls
- Atsauces un resursi
Kriss ir inženieris, domātājs un filozofs, kuram patīk izpētīt futūristiskas idejas un tehnoloģijas.
Mūsu mūsdienu sabiedrība ir kļuvusi ļoti atkarīga no litija jonu akumulatoriem gandrīz jebkura veida mobilajām vai pārnēsājamām tehnoloģijām. Litija jonu akumulatorus var redzēt no pulksteņiem un viedtālruņiem līdz elektriskām automašīnām un pat dūmu detektoriem. Tomēr šai tehnoloģijai ir vairākas problēmas, un diemžēl litija jonu šūnas nav tik efektīvas, kā mēs vēlētos.
Zinātnieki un pētnieki cītīgi strādā, lai atrastu aizstājēju šai vecajai tehnoloģijai, tomēr atrast kaut ko drošu, lētu un plaši komerciāli izdevīgu ir sarežģīti. Tātad, kāda ir litija jonu bateriju problēma, un vai nātrija jonu akumulatori tos galu galā aizstās?
Pirmā litija problēma: nepastāvība
Litijs ir ļoti reaktīvs un viegli uzliesmojošs elements. Tas var padarīt darbu ar litiju bīstamu. Dabiskajā formā litija nogulsnes var būt diezgan labdabīgas. Tomēr, kad litijs ir attīrīts formā, no kuras var izgatavot noderīgu akumulatoru, tas ir ļoti reaģējošā stāvoklī. No darba ņēmējiem, kuri litiju pārstrādā par izmantojamu materiālu, līdz cilvēkiem, kas faktiski ražo baterijas, vienmēr ir risks. It īpaši šķiet, ka tipiskajam litija jonu akumulatoram ir ievērojami zemāks uzticamības līmenis, jo ir bijuši simtiem, ja ne tūkstošiem šo bateriju eksplozijas vai aizdegšanās piemēru.
2016. gadā Samsung bija plaši pazīstama problēma ar litija jonu akumulatoriem to vadošajos tālruņos, kas toreiz tikko iznāca. Plašsaziņas līdzekļus, kā arī internetu pārpludināja stāsti par eksplodējošiem tālruņiem un planšetdatoriem (Swider, 2017). Viens pat aizdegās lidmašīnā! Apmēram tajā pašā laikā, kad tas notika, līdzīga akumulatora problēma notika ar hoverboards. Šīs iedoma ierīces sāka negaidīti eksplodēt un aizdegties litija jonu akumulatoru tehnoloģijas problēmas dēļ (Molina, 2017).
Kopš tā laika elektronikas ražotāji ir mēģinājuši savās ierīcēs izveidot drošus seifus, vienlaikus strādājot arī pie akumulatora uzticamības uzlabošanas. Tomēr litija jonu akumulatori joprojām ir potenciāli bīstami, kas var apgrūtināt to transportēšanu vai transportēšanu.
Otra litija problēma: retums
Ir zināms, ka visā pasaulē ir maz litija rezervju. Lielākā daļa litija ir koncentrēta tikai četrās valstīs, un Čīle ir šī kārotā materiāla ražotāja pasaulē. Čīlei ir vairāk nekā puse no pasaulē zināmajām litija rezervēm (Home, 2018).
Šī materiāla retuma dēļ pasaules ekonomikai, videi un valstīm, kas pērk un pārdod litiju, ir daudz potenciālo seku. Piemēram, lielākā daļa litija rodas, sūknējot sāļo sālījumu no pazemes rezervuāriem milzīgos ezeros, kur ūdens var iztvaikot. Tas atstāj ļoti koncentrētas litija nogulsnes (Bell, 2018), kuras var tālāk pārstrādāt stāvoklī, kuru var izmantot akumulatoru ražošanai.
Lai uzlabotu iztvaikošanas ātrumu (un līdz ar to arī litija ražošanu), uzbūvētajiem iztvaikošanas dīķiem jābūt ļoti lieliem, lai sālsūdens šķīdums varētu izplatīties, lai izveidotu pēc iespējas lielāku virsmas laukumu. Litiju var iegūt arī no dažādiem minerālu un māla nogulumiem, kurus iegūst, izmantojot tradicionālākas ieguves metodes (Pennell, 2018). Jebkurā gadījumā iespējamā ietekme uz vidi var būt ievērojama.
Jāņem vērā arī tas, ka dabas resursu trūkums ir viens no galvenajiem kara un konfliktu cēloņiem. Ja vienā valstī ir daudz materiālu, kas nepieciešami visiem citiem, tas var radīt spriedzi starp tautām. Palielinoties mūsu atkarībai no litija, pieaugs arī globālo konfliktu potenciāls (Mellow, 2018). Turklāt, ja jums ir veselas ekonomikas, kuru uzturēšana ir atkarīga no atsevišķa produkta, tas ir ievērojams risks, ka valsts ilgtermiņa stabilitāte ir apdraudēta.
Vai litijs kļūs par nākotnes naftu? Ja nekas nemainīsies, tas var notikt. Tikai 2015. gadā litija cena pasaulē trīskāršojās, ņemot vērā pieaugošo apetīti pēc šī svarīgā materiāla. Paredzams, ka, pieaugot pieprasījumam, tas palielināsies vēl vairāk.
Nātrija jonu bateriju potenciāls
Lai gan litijs ir reti sastopams, nātrijs ir ļoti izplatīts. Faktiski nātrijs ir ceturtais bagātākais materiāls uz zemes, un to ir ļoti viegli iegūt. Tas padarītu nātrija jonu akumulatora ieguvi un izejvielu ieguvi ļoti lētu.
Tomēr izaicinājums ir atrast veidu, kā izgatavot gan uzticamu, gan viegli izgatavojamu nātrija jonu akumulatoru. Nātrijs ir ļoti reaktīvs materiāls (vairāk nekā litijs), un pat neliela gaisa iedarbība var izraisīt tā noārdīšanos, kas apgrūtina nātrija jonu akumulatora ražošanu (Volongongas Universitāte, 2018). Lai izgatavotu labu, ilgstošu nātrija jonu akumulatoru, ir nepieciešamas specializētas iekārtas un ļoti stingra kvalitātes kontrole. Turklāt pētnieki joprojām vēlas uzlabot šo bateriju izgatavošanas procesu. Viens no viņu mērķiem ir optimizēt akumulatora ķīmisko sastāvu, kā rezultātā uzlabotos elektriskā jauda.
Stenfordas universitātē izstrādātajā nātrija jonu prototipā katodu izgatavo no nātrija, skābekļa un oglekļa kombinācijas, savukārt anodu veido fosfors (Turner, 2018). Šos materiālus diezgan viegli var iegūt no dažādiem organiskiem materiāliem. Tas ražas materiālus padara salīdzinoši vieglus un lētus.
Turklāt dažos nātrija jonu akumulatoru prototipos anodam fosfora vietā tiek izmantots nosaukums "cietais ogleklis". Cieto oglekli var radīt diezgan lēti, apstrādājot biomasu, kurā ir augsts oglekļa saturs. Jebkurā gadījumā šāda veida akumulatoru efektivitāte un veiktspēja ir atkarīga no anoda. Šeit pētnieki pavada lielāko daļu laika, mēģinot uzlabot šo tehnoloģiju.
Ja no šī materiāla var izgatavot uzticamu akumulatoru, tas varētu revolucionizēt akumulatoru nozari, īpaši attiecībā uz spēkstacijām, elektriskajiem transportlīdzekļiem un liela mēroga akumulatoru instalācijām. Tomēr, iespējams, drīzumā tālrunī vairs neredzēsiet nevienu bateriju nomaiņu. Zemāks nātrija enerģijas blīvums nozīmē, ka ir nepieciešams salīdzinoši lielāks akumulators, lai nodrošinātu tādu pašu enerģijas daudzumu kā līdzīgs litija jonu akumulators.
Galu galā ir jāpieliek daudz darba, lai nātrijs kļūtu par dzīvotspējīgu litija aizstājēju globālā, komerciālā mērogā. Ja pašreizējā tehnoloģija tiktu komercializēta, sagaidāms, ka patērētāji redzēs tikai par 5-10% samazinātu viņu mobilo tehnoloģiju akumulatoru izmaksas. Tas ir saistīts gan ar sarežģītākiem ražošanas procesiem, gan ar lielāku izmēru akumulatoriem, kas būtu nepieciešami, lai nodrošinātu līdzvērtīgu enerģijas izlaidi (Hellemans, 2017). Jebkurā gadījumā nātrija bateriju izpēte turpinās, un, iespējams, mēs esam tikai viena pārtraukuma attālumā, lai atrastu dzīvotspējīgu litija jonu bateriju aizstājēju.
Atsauces un resursi
- Bell, Terence. "Pārskats par komerciālo litija ražošanu." Balanss. 2018. gada 11. maijs. Https://www.thebalance.com/lithium-production-2340123>
- Helemans, Aleksandrs. "Cik ilgi pirms nātrija baterijām ir vērts sāli?" IEEE spektrs. 2017. gada 15. decembris. Https://spectrum.ieee.org/energywise/at-work/innovation/how-long-before-sodium-batteries-are-worth-their-salt>
- Mājas, Endij. "Komentārs: kāpēc Tesla vēršas pie Čīles pēc litija?" Reuters. 2018. gada 7. februāris. Https://www.reuters.com/article/us-lithium-supply-ahome/commentary-why-tesla-is-turning-to-chile-for-its-lithium-idUKKBN1FR2A1>
- Mellow, Kreigs. "Čīle cenšas uzlabot litija ražošanu." Barrona. 2018. gada 10. marts. Https://www.barrons.com/articles/chile-seeks-to-rev-up-its-lithium-production-1520647972>
- Molina, Brett. "Hoverboards atgādināja par uguns un sprādziena risku - atkal." ASV šodien. 2017. gada 15. novembris. Https://www.usatoday.com/story/tech/talkingtech/2017/11/15/hoverboards-recalled-fire-and-explosion-risks-again/865643001/>
- Pildspalva, Kails. "Kā darbojas litija ieguve?" Grab CAD emuāru. 2018. gada 20. februāris. Https://blog.grabcad.com/blog/2018/02/20/how-does-lithium-mining-work/>
- Swider, Mets. "Lūk, kāpēc Samsung Galaxy Note 7 baterijas aizdegās un eksplodēja." Tech Radar. 2017. gada 23. janvāris, https://www.techradar.com/news/samsung-galaxy-note-7-battery-fires-heres-why-they-exploded>
- Tērners, Džulians. "Vai nātrija jonu baterijas ir sāls vērts?" Enerģijas tehnoloģija. 2018. gada 21. maijs. Https://www.power-technology.com/features/sodium-ion-batteries-worth-salt/>
- Volongongas universitāte. "Nātrija jonu akumulatori iepako perforatoru. Phys.org. 2018. gada 5. aprīlis. Https://phys.org/news/2018-04-sodium-ion-battery.html>
Šis raksts ir precīzs un atbilst patiesam autora zināšanām. Saturs ir paredzēts tikai informatīviem vai izklaides nolūkiem, un tas neaizstāj personiskus vai profesionālus padomus uzņēmējdarbības, finanšu, juridiskos vai tehniskos jautājumos.
